Lực và Sơ đồ Vật thể Tự do
Đã giới thiệu| English | Ý nghĩa |
|---|---|
| force/fɔːs/ | lực |
| contact forces/ˈkɒntækt ˈfɔːsɪz/ | lực tiếp xúc |
| field forces/fiːld ˈfɔːsɪz/ | lực trường |
| free-body diagram/friː ˈbɒdi ˈdaɪəɡræm/ | sơ đồ lực tự do |
| components/kəmˈpəʊnənts/ | Thành phần |
| net force/net fɔːs/ | lực hợp |
Những lực bạn không thể thấy
- Một cuốn sách nằm yên trên bàn -- vậy thì chẳng có gì xảy ra, đúng không?
- Sai: trọng lực kéo nó xuống và mặt bàn đẩy nó lên, cân bằng hoàn hảo.
- Mọi vật thể đều là cuộc kéo co của những lực ẩn.
- Để giải bất kỳ bài toán cơ học nào, trước hết bạn phải vẽ những lực đó ra.
Lực là gì
- Một lực là một lực đẩy hoặc kéo mà một vật tác dụng lên vật khác, đo bằng newton.
- Lực tiếp xúc cần chạm vào -- lực pháp tuyến, ma sát, lực căng dây.
- Lực trường tác dụng từ xa -- trọng lực là loại phổ biến nhất trong đời sống hàng ngày.
Trong số này, cái nào là lực trường (tác dụng mà không cần tiếp xúc)?
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
Trọng lực là lực trường tác dụng từ xa; ma sát, phản lực và lực căng đều cần tiếp xúc.
Chọn tất cả các lực tiếp xúc.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
Phản lực, ma sát và lực căng đều cần tiếp xúc; trọng lực là lực trường.
Vẽ sơ đồ vật tự do
- Một sơ đồ vật tự do biểu diễn vật thể dưới dạng một chấm đơn lẻ.
- Mỗi lực tác dụng lên nó trở thành một mũi tên, chỉ đúng hướng, có nhãn ghi chú.
- Chỉ vẽ các lực tác dụng lên vật thể -- tuyệt đối không vẽ các lực mà vật thể tác dụng lên thứ khác.
Xây dựng sơ đồ vật thể tự do
Thêm mỗi lực dưới dạng mũi tên và đọc giá trị lực tổng cùng gia tốc thu được.
Lực mà vật tác dụng lên tay bạn thuộc về sơ đồ vật tự do của vật đó.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
Sơ đồ vật tự do hiển thị các lực tác dụng lên vật. Lực mà vật đẩy ngược lại tay bạn sẽ nằm trên sơ đồ của tay bạn.
Phân tích thành các thành phần
- Các lực hiếm khi trùng với trục tọa độ của bạn, nên hãy tách mỗi lực thành các thành phần.
- Trên mặt nghiêng, hãy nghiêng các trục dọc và ngang theo sườn dốc.
- Khi đó trọng lực được tách thành $mg\sin\theta$ dọc theo dốc và $mg\cos\theta$ vuông góc với dốc.
Trên mặt nghiêng góc $\theta$, thành phần của trọng lực dọc theo dốc là $mg\,____\,\theta$.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
Lực kéo dọc dốc là $mg\sin\theta$; phần hướng vào dốc là $mg\cos\theta$.
Cộng chúng lại để có lực tổng hợp
- Lực tổng hợp là tổng vector của tất cả các mũi tên.
- Thêm các thành phần trục theo trục: $\sum F_x$ và $\sum F_y$ riêng biệt.
- Lực tổng hợp đó chính là thứ $\sum F = ma$ sau đó chuyển hóa thành gia tốc.
Các lực tác dụng lên hộp (hướng phải dương):$+15\ \text{N}$, $-6\ \text{N}$, $+1\ \text{N}$. Lực ngang tổng hợp là bao nhiêu (đơn vị N)?
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
$15 - 6 + 1 = 10\ \text{N}$ về phía phải -- chỉ cần cộng các thành phần kèm dấu của chúng.
Nếu mọi lực tác dụng lên một vật triệt tiêu lẫn nhau, lực tổng hợp của nó bằng không.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
Các lực cân bằng có tổng bằng không, nên không có lực tổng hợp và không có gia tốc.
Một hộp $2\ \text{kg}$ trên sàn nhà bị đẩy sang phải với $12\ \text{N}$; ma sát chống lại với $4\ \text{N}$.
- Lực tổng hợp theo phương ngang: $12 - 4 = 8\ \text{N}$ hướng sang phải.
- Theo phương đứng: lực pháp tuyến và trọng lực triệt tiêu lẫn nhau, nên $\sum F_y = 0$.
Sơ đồ vật tự do chỉ hiển thị các lực tác dụng lên vật thể. Lực mà hộp đẩy lại tay bạn thuộc về sơ đồ tay bạn, không phải sơ đồ của hộp -- nhầm lẫn hai lực này là sai lầm phổ biến nhất trong toàn bộ cơ học.
Một sơ đồ vật tự do vẽ mọi lực tác dụng lên vật thể dưới dạng các mũi tên có nhãn. Tách chúng thành các thành phần dọc theo các trục của bạn, sau đó cộng lại để thu được lực tổng hợp ($\sum F_x$, $\sum F_y$). Chỉ có các lực tác dụng lên vật thể mới xuất hiện -- lực tổng hợp đó chính là nguyên nhân gây ra gia tốc của nó.